煉廠罐區廢氣治理裝置遠程監控系統設計

劉 偉，柳 偉

（中國石化撫順石油化工研究院， 遼寧 撫順 113001）

煉廠罐區廢氣治理裝置遠程監控系統設計

劉 偉，柳 偉

（中國石化撫順石油化工研究院， 遼寧 撫順 113001）

介紹了以工控機、PLC以及控制設備和檢測儀表所組成的煉油廠罐區油氣回收自動監控系統。工控機通過組態王軟件進行組態，PLC作為現場控制單元，配合各種檢測設備對油氣回收裝置中的工藝參數進行采集，實時監測廢氣處理過程與設備運行狀態，并對現場調節閥和動設備進行相應控制。同時，利用現場總線進行數據交換，完成整套裝置的自動監控與管理。從監控結果中可知，PLC與上位機之間數據傳送可靠穩定、操作簡單，提高了煉油廠的監控和管理水平。

VOCs治理；PLC現場總線；自動監控；組態畫面

隨著全球環保形勢的日益嚴峻，2015年國家又頒布并實施了更為嚴格的石油化學工業污染物排放標準（GB31570-2015）。該標準進一步規定，有機廢氣排放口非甲烷總烴去除效率≥95%，有機廢氣收集處理裝置排放口苯＜4 mg/m3，甲苯＜15 mg/m3，二甲苯＜20 mg/m3。因此國內石化企業又在面臨新一輪更大的環保壓力。中國石化撫順石油化工研究院一直從事石化行業各種污染治理技術的開發，已有多種廢水廢氣廢渣技術在國內石化企業廣泛應用。其中自主開發的油氣回收技術通過利用低溫柴油的相似相容原理對石化企業含 VOCS廢氣中的非甲烷總烴、硫化物進行吸收處理，并取得了良好效果，在廢氣處理方向應用前景廣闊。

我國煉廠罐區廢氣處理曾采用粗放型的管理模式，廢氣處理率很低，大部分廢氣不經過處理直接排放，曾是煉廠廢氣污染的重災區。經過近十幾年的努力，目前已基本得到了有效控制。其中在煉廠罐區附近建設油氣回收裝置已成為廢氣污染有效控制手段之一。

本文重點論述了煉廠罐區廢氣治理裝置遠程監控系統設計，以PLC為核心單元，采集并處理現場數據，應用多種現場總線、工業以太網進行現場數據與PLC的交換以及上位機與下位機之間的通訊，實時監控廢氣處理裝置各個系統運行狀態[1]，從而實現罐區廢氣處理裝置的自動化控制。

1 工藝流程和總體設計方案

油氣回收裝置的工藝流程可簡述如下。經過制冷的柴油被送入油氣回收裝置吸收塔的頂部，經過液環壓縮機加壓的廢氣被送到吸收塔的中部。正常開車時，油氣兩相在吸收塔內逆向流動，從而實現充分接觸。與氣體充分接觸后的柴油通過富油泵輸送回界區進行下一步處理，被吸收后的氣體從吸收塔頂部經過脫硫反應處理后達標排放。

工藝流程確定之后控制系統的設計就變得尤為重要。控制系統的設計要與油氣回收裝置處理流程相輔相成，需實現如下功能。

1.1 開關量輸入輸出的收集與處理

裝置的輸入開關量包括：富油泵，排液泵，液環壓縮機，制冷機等動設備和開關閥的運行狀態反饋；輸出開關量包括：動設備和開關閥的啟停信號等。

1.2 模擬量的采集、通訊和數據運算

對現場的模擬量，比如界區至裝置的進油流量、界區至裝置的進氣流量、回油溫度、吸收塔的差壓、液位、塔頂壓力、液環壓縮機分液罐液位、壓力、回流調節閥的開度等數據進行采集和處理[2]。

1.3 設備與設備之間的通信

考慮到系統的實用性及可靠性,本系統采用Profibus總線實現分站與主站的數據交換，應用RS-485總線實現智能設備與儀表的數據交換。

1.4 廢氣治理裝置的報警記錄和聯鎖

裝置正常運轉過程中如產生異常工況,系統會產生報警記錄，工藝員可根據報警記錄適當的調節工藝參數，及時的解除報警。為了保證裝置的安全運行，本系統設置多個聯鎖保護，裝置聯鎖停車、各個動設備的聯鎖停車等，按照邏輯框圖的順控方式分步停車[3]。

2 控制系統的硬件設計

根據總體設計方案的要求，選用了西門子公司S7-300系列的CPU315-2PN/DP。PLC是本系統重要的組成部分，PLC采集到現場數據后，根據控制要求實現自動控制；PLC把采集到的現場數據通過以太網傳送到操作室的計算機中，操作室的工作人員可根據計算機畫面實現遠程監控[4]。因此，PLC是整個控制系統的中樞，系統網絡構架圖如圖1所示。

圖1 系統網絡構架圖Fig.1 Architecture diagram of the system network

3 控制系統的軟件設計

3.1 上位機軟件設計

本裝置采用組態王軟件編輯各工藝流程畫面。上位機工藝流程畫面應具有操作簡單、實用、美觀等特點，根據上述要求實現柴油溫度、塔液位、油氣和柴油流量、塔和泵的壓力等參數的監視控制、各個模擬量趨勢圖、故障報警、聯鎖停車、電氣設備啟停控制和狀態反饋等功能。上位機監控系統的主要界面包括：油氣回收主畫面、制冷機系統畫面、液環壓縮機系統畫面、聯鎖畫面、趨勢畫面、報警記錄等[5]。

3.1.1 主畫面

顯示油氣回收的主要工藝流程。包括顯示重點設備的運行狀態、主要運行參數等。

3.1.2 各工藝流程圖

包括制冷機組、吸收塔、液環壓縮機。各部分畫面包括廢氣回路和柴油回路的流動方向、各設備中的重要參數設置及實時數據顯示。

3.1.3 趨勢圖

分為實時和歷史趨勢圖。當出現停車或異常工況可通過趨勢圖初步判斷出故障原因。

3.1.4 聯鎖和旁路

包括裝置、制冷機、液環壓縮機聯鎖畫面和旁路畫面，如下圖所示，如旁路顯示綠色代表本條聯鎖條件處于正常狀態；當顯示紅色時代表有異常工況存在，會導致故障停車。本裝置的部分聯鎖畫面如圖2所示。

圖2 裝置聯鎖畫面Fig.2 Interlocking image of equipment

3.2 下位機程序設計

結合罐區廢氣治理工藝流程，依據現場采集數據編寫程序實現整套裝置的自動控制。對廢氣處理裝置而言，控制對象包括各種動設備、調節閥和開關閥，每個控制對象都可分為手動或自動兩種控制方式[6]。

3.2.1 制冷機系統信號的采集和控制

制冷機模擬量包括機組內部的蒸發壓力、蒸發溫度等，這些參數表征了制冷機的制冷狀態；制冷機數字量包括機組的高低壓保護、電機過熱保護、電源相序及電壓保護、電磁閥等，多重保護可使制冷機避免損耗，而電磁閥的開關可以來控制制冷機組的制冷能力。

制冷機進入程控之后，通過蒸發壓力來控制制冷量，當蒸發壓力大于等于設定的加載值時，制冷機會以最大功率來提高制冷能力，制冷機處于加載狀態;當蒸發壓力大于等于設定的減載值并小于等于設定的加載值時，制冷機會以正常功率穩定制冷能力，制冷機處于穩定運行狀態; 當蒸發壓力小于等于設定的減載值時，制冷機會以小功率降低制冷能力，制冷機處于減載狀態。制冷機控制邏輯框圖如圖3所示。

圖3 制冷機控制邏輯框圖Fig.3 Logic diagram of refrigerator

3.2.2 液環壓縮機分液罐的液位控制系統

液環壓縮機系統分為裝置引氣系統和分液罐液位控制系統。其中分液罐可以把介質中的液體和氣體分離開來。本液位控制系統包括一個分液罐、一個遠傳液位計，兩個開關電磁閥，兩個排液泵。當分液罐的液位在低低限與低限之間的時候打開補液閥，分液罐補液，液位逐漸升高，當液位達到正常值與高限之間，關閉補液閥，停止補液；當分液罐的液位在高限與高高限之間的時候打開排液閥，延時數秒后打開排液泵，開啟排液過程，當液位達到正常值與低限之間的時候，先關閉排液泵，延時數秒后關閉排液閥。

4 工業應用

采用上述監控系統設計的廢氣處理（油氣回收）裝置已在國內多家石化企業得到應用。以在某煉廠罐區工業應用為例，廢氣處理規模為500 m3/h。由表1可以看出，該罐區未經處理的廢氣中組分較為復雜，總烴濃度較高，廢氣中含硫化物惡臭污染物也較高。但從表1中也可以看到，該裝置對罐區廢氣的凈化效果是相當顯著的。

表1 油氣回收裝置廢氣處理效果Table 1 The treatment effect of oil and gas recovery unit

經過本裝置處理后的凈化氣中的硫化氫和有機硫化物排放質量濃度幾乎可以忽略不計，兩項指標的回收率均達到99%以上，處理后排放的凈化氣的非甲烷總烴質量濃度為 3.58 g/m3，回收率大于97%，達到了國家頒布的廢氣治理標準。罐區油氣進口非甲烷總烴質量濃度為128 g/m3，油氣回收率為97%，該裝置的廢氣處理規模為500 m3/h，若按全年運行，可計算出本套裝置年油氣回收量為543.8噸左右，經濟效益十分可觀。

5 結束語

撫順石油化工研究院開發的油氣回收技術以煉廠可自行提供的柴油為吸收劑，廢氣處理效果好，且裝置投資低，運行又可靠，因此已廣泛應用于石化行業的罐區油氣回收管理，在燕山石化、天津石化、金陵石化、齊魯石化、上海石化、茂名石化等各大煉油廠均有已運行或準備在建的裝置，且運行狀況良好，處理效果均達到國家頒布的廢氣治理標準。

應用結果表明，采用本設計控制系統，能夠有效完成罐區油氣回收裝置的數據采集，確保設備與處理器的通信，保證了裝置的穩定可靠運行。

［1］ 翁維勤，等．過程控制系統[M]．第二版. 北京：化工工業出版社，2002:119．

［2］ 王吉龍．基于模糊PID的溫度控制系統[J]．電子工程師，2008，34(5)：77-80．

［3］ 劉喜梅，王康勝. 污水處理場遠程監控系統的設計[J]. 自動化儀表，2014(6)：83-86.

［4］ 彭魏臻，麻紅昭，張華，等. PPI 協議分析[J]. 化工自動化及儀表，2006(4)：47-49.

［5］ 唐偉杰 組態王技術在PLC教學中的應用[J]. 科技與生活, 2010(11).

［6］ 陳立定．電氣控制與可編程序控制器的原理及應用[M]． 北京：機械工業出版社，2003.

Design of Remote Monitoring System for Waste Gas Treatment Unit in Refinery Tank Area

LIU Wei，LIU Wei

（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001, China ）

The automatic monitoring system for oil and gas recovery unit in refinery tank area was introduced, the system included industrial computers, PLC and control equipments and detection instruments. Industrial computer works through kingview configuration software;PLC as the control unit collects the technological parameters of equipments for oil and gas recovery, monitors the gas treatment process and equipment running status, and controls the valve and dynamic equipments. At the same time, the system uses the fieldbus to exchange data, and the system completes automatic monitoring and management of the unit. The monitoring results show that the data transmission between the PLC and the upper machine is stable and reliable, the system improves the monitoring and management level of the oil refinery.

VOCs treatment; PLC fieldbus ; automatic monitoring; the configuration screen

TE 991

A

1671-0460（2016）12-2895-03

2016-11-04

劉偉（1986-），男，遼寧省丹東市人，碩士學位，2013年畢業于遼寧石油化工大學控制理論與控制工程專業，研究方向：儀表自動化控制。E-mail：361074471@163.com。